in teilweise bewald~ten Einzugsgebieten in der Flyschzone eines Voralpentales

Oxf. 116.21: 116.25: 116.3

HANS M. KELLER

Der Chemismus kleiner Bäche

in teilweise bewald~ten Einzugsgebieten in der Flyschzone eines Voralpentales

HERAUSGEBER

DER DIREKTOR DER EIDGENÖSSISCHEN ANSTALT FÜR DAS FORSTLICHE VERSUCHSWESEN

Bd./Vol. 46 Heft/Fase. 3 1970

INHALTSVERZEICHNIS

Seite

1 Einleitung und Problemstellung 115

2 Die Versuchsgebiete 117

21 Topographie 117

22 Klima 119

23 Vegetation und Boden, Bewirtschaftung 123

24 Geologie 126

3 Untersuchungsmethoden 127

31 Abflußmessung 127

32 Chemische Wasseranalysen 127

33 Auswertemethoden 128

4 Der Wasserchemismus und seine Veränderlichkeit 129

41 Der durchschnittliche Wasserchemismus 129

42 Der Einfluß der Wassermenge auf den Wasserchemismus 132

43 Die Stofffrachten 137

44 Der Einfluß der Jahreszeit auf den Wasserchemismus 143

5 Hydrologische Folgerungen 145

6 Zusammenfassung - Resume - Riassunto - Summary 150

7 Literaturverzeichnis 154

Begriff

Niederschlag Schneehöhe Schneewasserwert

Begriffe und Einheiten

Wassermenge, Abflußmenge, Gesamtabfluß Spezifische Abflußmenge

Grundwasserabfluß = Abfluß aus permanent wassergesättigten Boden- und Gesteinsschichten

Spezifischer Grundwasserabfluß

Oberflächennaher Abfluß = Abfluß an Bodenoberfläche und aus vorübergehend wassergesättigten oberflächennahen Boden- schichten

Spezifischer oberflächennaher Abfluß

Stoffkonzentration = Konzentration gelöster Stoffe Stofffracht

Gesamtionenkonzentration Elektrische Leitfähigkeit Oxydierbarkeit

Gesamthärte, Härten

Strahlungsindex = extraterrestrische Sonneneinstrahlung auf eine beliebig orientierte Ebene in Prozent der Einstrahlung auf eine Ebene die zur Strahlenrichtung während eines Zeit- raumes (Tag, Monat, Jahr) immer senkrecht steht.

Entwässerungsdichte = Verhältnis der gesamten Gerinnelänge zur Einzugsgebietsfläche

Einheit

mm HOH cm mmHOH I/sec I/sec• km²

I/sec

!/sec -km²

I/sec

!/sec• km² mg/1, µg/1 kg/ha, Jahr mval/1

ftmhos/cm bei 20 °C KMn04-Verbrauch, mg/1 frz. H⁰

% km/km²

1 Einleitung und Problemstellung

Wasserwirtschaft sowie Land- und Forstwirtschaft benötigen dringend Unterlagen über den Einfluß der Bodennutzung auf Quantität und chemische Zusammensetzung des abfließenden Wassers. In weiten Gebieten der Schweiz hat schon während Jahr- hunderten eine Bodennutzung stattgefunden, die einen mehr oder weniger spürbaren Einfluß auf Abflußmenge und Chemismus von Bächen und Flüssen gehabt hat. So sind ausgedehnte Waldrodungen in den Alpen mit eine Ursache gewesen für die ver- heerenden Überschwemmungskatastrophen des 19. Jahrhunderts. CULMANN (1864) und LANDOLT (1886) beschreiben jene Zustände sehr eingehend. Die darauf begon- nene sehr intensive und aufwendige Verbauungs- und Aufforstungstätigkeit hat die Wildbachgefahren mancherorts stark zurückgehen lassen.

Industrielle und häusliche Abwässer sowie intensive landwirtschaftliche Boden- nutzung vor allem während der letzten Jahrzehnte haben nun aber auch in starkem Maße die chemische und biologische Qualität des Wassers in Bächen und Flüssen zu beeinflussen vermocht. Die fortschreitende Gewässerverschmutzung hat 1955 zur Inkraftsetzung des eidgenössischen Gewässerschutzgesetzes geführt. Wohl ist auf dem Sektor Abwasserreinigung schon viel getan worden (JAAG 1962, AMBÜHL 1963), über den Einfluß der Bodennutzung auf den Chemismus und die biologische Qua- lität des Wassers in Bächen sind wir aber bis heute noch ungenügend unterrichtet.

Untersuchungsergebnisse über den Chemismus werden nicht nur aus intensiv genutzten Gebieten des Mittellandes benötigt, sondern ebenso sehr aus Gebieten, die vom Men- schen noch kaum oder nur wenig beeinflußt worden sind. Nur auf Grund solcher Untersuchungen läßt sich erkennen, in welchem Maße die Beeinflussung des Wasser- chemismus in Bächen bereits fortgeschritten ist oder umgekehrt, wie die naturnahen, unbeeinflußten Gewässer sich darbieten.

Das Ziel dieser Arbeit ist es, in einigen relativ wenig beeinflußten Gebieten den Einfluß der Wassermenge sowie wichtiger Umweltsfaktoren auf den Chemismus klei- ner Bäche festzustellen. Die Gesamtheit der Umweltsfaktoren läßt sich in folgende Gruppen einteilen:

1. Geologie, Muttergestein; 2. Klima, Wetterbedingungen; 3. Boden- und Pflanzen- decke; 4. Topographie und 5. Art der Bodennutzung.

Bei der Auswahl der Untersuchungsgebiete wurde deshalb darauf geachtet, die Faktoren der ersten und der zweiten Gruppe nach Möglichkeit konstant zu halten.

Zudem sollten die Messungen im Rahmen der Flyschuntersuchungen der Eidg. Anstalt für das forstliche Versuchswesen (EAFV) durchgeführt werden und die Gebiete schnell und ganzjährig erreichbar sein.

In der südlichen Hälfte des Alptales bei Einsiedeln SZ wurden auf engem Raum mehrere kleine Einzugsgebiete gefunden, die den obigen Anforderungen in der Haupt- sache entsprachen. Die meisten Seitenbäche der Alp wurden schon von CULMANN

(1864, Seite 216) als gefährliche Wildbäche bezeichnet. Heute liegen sie in einem für die Wasserwirtschaft wichtigen, regenreichen Gebiet der Voralpen. Geologisch und

klimatisch sind die einzelnen Gebiete weitgehend vergleichbar. Die geologische Unter- lage bildet fast durchwegs der erosionsanfällige Wägitaler Flysch. Die meisten Bäche sind Wildbäche mit oft stark schwankender Wasserführung. Hauptaufgabe ist es des- halb, allfällige Unterschiede im Einfluß der Wassermenge auf den Chemismus der Bäche festzustellen; Erklärungen für diese Unterschiede zu finden, ist eine weitere Aufgabe, die im Rahmen dieser Arbeit wohl angedeutet, aber nicht erschöpfend behandelt werden kann. Die Wirkung von Boden und Vegetation sowie Topographie und Bodennutzung bleibt demnach noch abzuklären.

Erste Voruntersuchungen für die vorliegende Arbeit reichen in das Jahr 1964 zurück. 1965 wurden die Untersuchungen im Alptal ins Programm des internationalen hydrologischen Dezenniums aufgenommen. Hier sollen aber nur die Beobachtungen der Jahre 1967 und 1968 verwendet werden, da sie mit relativ wenig methodischen Fehlern behaftet sind und erstmals auch systematisch ermittelt werden konnten. Die Ergebnisse der Voruntersuchungen 1964 bis 1966 sind von KELLER (1967 b) zusammengefaßt worden.

Großer Dank für das Zustandekommen dieser Arbeit gebührt Herrn Prof. Dr.

0. JAAG, der die stete Mitarbeit der Eidgenössischen Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerchutz in Zürich gewährleistete. Für die Betreuung der Arbeit während der Niederschrift des Manuskriptes möchte ich auch Herrn Dr.

H. AMBÜHL herzlich danken. Herrn Prof. Dr. F. RICHARD bin ich für die kritische Durchsicht des Manuskriptes dankbar, und Herrn Prof. Dr. A. KURT danke ich für die Unterstützung, die er seit je allen Wald-Wasser-Fragen gab. Den Herren Dr.

H. TURNER und Ing. A. CUNNINGHAM möchte ich für die Weiterführung der Meß- arbeiten während meiner Abwesenheit herzlich danken und Herrn Dr. F. ZEHENDER für die sorgfältige Durchsicht aller chemischen Analysendaten. Wohl am meisten Ver- dienst an dieser Arbeit hat Herr R. AMIET, der trotz Hitze, Kälte und Nässe mit uner- müdlichem Einsatz die Feldmessungen durchführte. Beim Bereitstellen des vielschich- tigen Datenmaterials waren seine sorgfältigen Labor- und Büroarbeiten eine große Hilfe. Einen großen Dank verdient auch Herr M. STEINER für die wöchentlichen und monatlichen Kontrollgänge zu den Feldinstrumenten. Und zum Schluß möchte ich auch alle jene Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in den Dank einschließen, die hier nicht namentlich aufgeführt worden sind.

Abbildung la

Die Einzugsgebiete im Alptal, SZ.

Ausschnitt aus der Landeskarte der Schweiz I: 25 000, Nr. 1152, Ibergeregg.

Reproduziert mit Bewilligung der Eidg. Landestopographie vom 17. August 1970.

®

Registrierende Niederschlagsmessung,

0

Totalisator,

0

Abflußmessung.

Abbildung 1 b

Das Alptal mit Blick gegen die Mythen.

Die Einzugsgebiete befinden sich in den seitlichen Taleinhängen.

(Swissair Photo AG, Zürich)

2 Die Versuchsgebiete

21 Topographie

Die fünf kleinen Einzugsgebiete im Alptal SZ (Abbildung 1) liegen zwischen 1060 und 1560 m ü. M. Sie befinden sich in den Voralpen des Kantons Schwyz in einer mittleren geographischen Breite von 47° 04' Nord und einer Länge von 8° 43' Ost. Sie variieren bedeutend in Neigung, Exposition, Größe und Gestalt.

In Tabelle 1 sind die wichtigsten topographischen Charakteristika der Versuchs- gebiete zusammengestellt. Die mittlere Höhe variiert nur wenig und wurde nach WISLER und BRATER (1969, Seite 44) berechnet. Sie ist ein mit der Fläche gewoge- nes Mittel der Höhenkurven. Die Mittenhöhe dagegen berechnet sich aus der hypso- graphischen Kurve (Abbildung 2). Das mittlere Gefälle wurde ebenfalls nach WISLER und BRATER (1959, Seite 46) ermittelt. Die mittlere Gebietsneigung und die Expo-

Meereshöhe m.ü.M.

1600

1500

1400

1300

1200

1100

1000

0 20 40 60 80

Anteil (%) der Fläche des Einzugsgebietes oberhalb angegebener Höhe

Abbildung 2

Die Hypsographischen Kurven der Einzugsgebiete I, III, V, VII und VIII im Alptal.

100%

Tabelle J

Die topographische Charakterisierung der fünf Untersuchungsgebiete im Alptal

Vogelwald-

I

^Vogelwald-

I

^Frifang-

I

^Gämsch-

bach I bach III bach V bach VII

Fläche ha 72,4 155,4 107,6 52,3

Tiefster Punkt m ü. M. 1250 1060 1110 1120

Höchster Punkt m ü. M. 1545 154,5 1560 1560

Mittlere Höhe m ü. M. 1405 1365 1340 1360

Mittenhöhe m ü. M. 1410 1360 1370 1370

Mittleres Gefälle % 37,7 4,1,2 38,8 64,7

Mittlere Gerinneneigung % 24 22 29 46

Entwässerungsdichte

km/km² 5,14 5,10 5,17 5,19

Nach Teilgebieten gewogen

- Neigung% 32,9 34,6 34,4 54,4

- Exposition 360° 72 (ENE) 105 (ESE) 99(E) 286(WNW)

- Strahlungsindex** % 39,7 44,3 45,2 40,1

Teilgebiet Nord:

Flächeha 41,2 103,1 51,2 27,5

Mittleres Gefälle % 34,4 44,3 46,7 71,6

Mittlere Neigung* % 30,4 31,5 38 58

Mittlere Exposition•· 360° 110 (ESE) 150 (SSE) 126 (SE) 256(WSW)

Strahlungsindex•·* % 47 52 52 49

Teilgebiete SüU:

Fläche ha 31,2 52,3 56,4 24,8

Mittleres Gefälle % 41,0 57,3 39,3 65,9

Mittlere Neigung* % 36,3 4,0 31 50

Mittlere Exposition* 360° 22 (NNE) l5(NNE) 74-(ENE) 318(NW)

Strahlungsindex** % 30 29 39 30

* nach LEE (1964,)

** nach LEE und FRANK (1966)

I

^{bach VIII Etteren-}

93,5 1110 1520 1360 1370 37,4 23

6,07

30,0 293(WNW)

39,9

67,2 38,9 30 262(W)

43

26,3 39,7 30 14(NNE)

32

sition wurden mit LEE's Methode (1964, Seite 34) bestimmt. Sie werden aus der räumlichen Ebene, welche als «Deckel» über ein Einzugsgebiet gelegt werden kann, berechnet. Diese Ebene wiederum ist das Ergebnis einer Mehrfachregression durch in regelmäßigen Abständen entlang der topographischen Grenze liegende Punkte. Aus Exposition und Neigung folgt der Strahlungsindex (LEE 1964, Seite 30, tabelliert in LEE und FRANK ~966), ein Index, der das Strahlungsklima dieser Ebene charakteri- siert. Er ist gleich der extraterrestrischen Sonneneinstrahlung auf diese Ebene in Prozent der Einstrahlung auf eine zur Strahlenrichtung während eines Zeitraumes (Tag, Monat, Jahr) immer senkrecht stehende Ebene. Im folgenden wird nur der jähr- liche Strahlungsindex betrachtet. Die topographisch bedingten Fehler bei der Berech- nung der mittleren Gebietsneigung und der Exposition nach LEE lassen sich bei Ver-

wendung von Teilgebieten weitgehend eliminieren, da sich Überhöhungen und Kämme weniger auswirken. Wir haben deshalb Neigung, Exposition und Strahlungsindex für die Teilgebiete berechnet und für die ganzen Gebiete ein gewogenes Mittel angegeben.

Die mittlere Gerinneneigung ergab sich aus dem Längenprofil des Hauptgerinnes in jedem Einzugsgebiet. Die Entwässerungsdichte, welche das Verhältnis der gesamten Gerinnelänge zur Einzugsgebietsfläche zum Ausdruck bringt, ist im wesentlichen durch Geologie und Klima bedingt. Sie zeigt zwar keine Variation innerhalb der Gebiete, deutet aber mit über 5 km/km² eine sehr rasche Konzentration des Ober•

flächenwassers bei Hochwasser an. Die Übereinstimmung gibt vielmehr einen Hinweis darauf, daß die Gebiete in Gesamtwirkung von Geologie und Klima vergleichbar sind.

Von den in Tabelle 1 angegebenen Faktoren können vor allem die Einzugsgebiets- größe (Fläche), die Neigungs- und Expositionsverhältnisse (inkl. Strahlungsklima) sowie die Gerinneneigung für die Beurteilung des Einflusses der Topographie beige- zogen werden. Alle übrigen Faktoren weisen für eine diesbezügliche Interpretation zu wenig Variation auf.

22 Klima

Die Voralpen des Alpennordhanges sind den Westwinden offen ausgesetzt und erhalten in der Gegend des Alptales eine jährliche Niederschlagsmenge von meist über 1800 mm. Am Meßort III B (installiert Mai 1967) fielen 1967 mindestens 1950 mm Niederschlag (Januar bis April geschätzt aus Messungen in Einsiedeln und Oberiberg), 1968 waren es 2142 mm. Einsiedeln, 8 km nördlich und auf 914 m ü. M., weist im Mittel von 1931-1960 1652 mm auf, Oberiberg, 6 km SE auf 1090 m, dage- gen· 1927 mm (UTTINGER 1965). Davon entfallen auf das Winterhalbjahr (Oktober bis März) rund ^2/5, auf das Sommerhalbjahr (April bis September) etwa ³/5 des Jah- resniederschlages.

In den Untersuchungsgebieten selber sind ab 1964 sechs, seit 1967 10 Totalisa- toren und ein Niederschlagsschreiber (seit Mai 1967) aufgestellt. Die Totalisatoren dienen der monatlichen Erfassung der Sommerniederschläge (Juni bis Oktober).

Damit soll vor allem die Streuung der Sommermonatsniederschläge im ganzen Alptal untersucht werden. Die Hauptergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt. Der Standort der Totalisatoren ist in Abbildung 1 eingezeichnet. Sie sind hangparallel aufgestellt, und die Auffangfläche von 500 cm² ist 60 cm über Boden. Die Ablesungen werden auf Horizontalstellung kompensiert. Leider sind die Daten für 1966 verloren- gegangen, so daß sie hier nicht aufgeführt werden können. Es zeigt sich jedoch aus dem Verhalten der Totalisatormessungen gegenüber dem mit dem Regenschreiber aus- gestatteten Meßort III B, daß 1967 die Teile im südöstlichen Abschnitt des Tales etwa

· 10-15 % mehr Sommerniederschläge erhalten als das übrige Gebiet; 1968 waren es

die Gebiete im nördlichen Abschnitt. Dies darf als kleine Abweichung betrachtet werden und ist ein weiterer Hinweis auf die klimatisch vergleichbaren Bedingungen in den 5 Untersuchungsgebieten. Daß aber vor allem sommerliche Einzelregen (Gewit-

ter) zeitlich und örtlich ganz verschieden auftreten können, zeigt das Beispiel des Starkregens vom 28. Mai 1968, bei dem im III B 48 mm, in Oheriherg 6 mm und in Einsiedeln nur 2 mm gemessen wurden. Es scheint aber, daß sich solche Ereignisse im Verlaufe des Sommerhalbjahres ausgleichen. Jedenfalls liegt keine der Meßstellen an einem Ort extremer Gewitterhäufigkeit.

Tabelle 2 Die Streuung der Sommerniederschläge im Alptal 1964--1968

1964 1965 1967 1968

Meßstcllc 9. 6.-20. 10. 8. 5.-1. 10. ungleiche Perioden ungleiche Perioden Nr.

I ^0/o

von

I

0/o von

I

0/ovon

I

0/o von

mm III B mm III B mm III B ^mm III B

III B 840 100,0 920 100,0 990 100,0 1174 100,0

IA 819 97,5 928 101,0 897 104,5 1289 109,8

IVA 821 97,8 927 101,0 862 100,3 1282 109,2

VB 825 98,2 978 106,3 938 101,8 1382 111,0

VIIA 813 97,0 892 97,0 520 102,3 1250 113,3

VIIB 811 96,7 888 96,6 893 109,5 1282 109,2

VIIIA

- ^- - ^-

^{555 106,0 1212 103,2}

VIII B

-

^-

-

^{- 577 110,0 1029 99,1}

IXA

- - ^- -

^{583 111,2 1194 101,6}

IXB

- - -

^{- 613 116,8 1219 104,0}

Mittel 821 97,9 922 100,3 - 106,2

-

^106,0

Über die Verteilung der Winterniederschläge läßt sich nichts Genaues aussagen, da sie nur bei der Meßstelle III B gemessen wurden. Über den Schneeanteil am Winter- niederschlag sowie die Schneespeicherung auf der Bodenoberfläche gehen die Schnee- messungen der Winter 1967/1968 und 1968/1969 Auskunft (siehe Tabelle 3).

Tabelle 3 Winterniederschläge und Schneedecke am Meßort III B im Alptal

Winterniederschläge

Max. Schneehöhe Max. Schneewasserwert November-April

Total

I

als Schnee

I

I

Anteil an Winter•

Datum Datum

I

^mm niederschlägen

mm cm HOH

mm I ^{0/o Total '0/oTotal}

1967/68 1060 670 63 1. 2. 68 133 21. 3. 471 44,5

1968/69 754 530 70 12.2.69 115 26. 2. 291 38,6

Da der Meßort III B mit SE-Exposition und 23

%

Neigung der Strahlung relativ stark ausgesetzt ist, sind diese Messungen als zurückhaltende Schätzungen der maxi- malen Schneedecke im ganzen Gebiet aufzufassen. Diese Zusammenstellung vom Meß- ort III B soll einerseits zeigen, wie groß der Schneeanteil am Winterniederschlag ist, andererseits aber auch jenen Anteil an Schneeniederschlägen, welcher nicht schon während des Winters wieder, sondern vielmehr erst im Frühjahr abgebaut wird. Der

Beginn der Schneeschmelze in den Alptalgebieten liegt nach unseren Erhebungen im

·Mittel zwischen Mitte und Ende März und dauert bis in die ersten Maiwochen hinein.

Während dieser Zeit führen die Bäche nicht nur Wassermengen, bedingt durch die Frühjahrsregen, sondern zusätzlich die Schmelzwasser der sich abbauenden Schnee- decke. Wenn mit dem Einschneien im November und dem Ausapern Ende April gerechnet wird, herrschen also in den Untersuchungsgebieten während etwa 6 Monaten winterliche Bedingungen vor. Die Bäche führen mit Ausnahme gelegentlicher Schmelz- tage um die Jahreswende Niederwasser bis Ende März. In den folgenden zwei Monaten

(April und Mai) fließen die Schmelzwasser ab, die einem Viertel des Jahresnieder- schlages entsprechen, sowie die regenbedingten Mengen dieser beiden Monate, welche wiederum einem Sechstel der Jahresniederschläge entsprechen. Im April und im Mai fließen also etwa ²/s der jährlichen Wassermenge ab. Während des ganzen Sommers und Herbstes sind die Abflußmengen mit Ausnahme gelegentlicher Schneefälle haupt- sächlich regenbedingt. Erst während der herbstlichen Trockenperioden treten Nieder- wasser auf, die weniger als 10 I/sec· km² betragen. Am Beispiel des Großbaches bei Einsiedeln, dessen Abflußmengen schon seit 1960 durch das Eidg. Amt für Wasser- wirtschaft bestimmt werden, sei die in Abbildung 3 dargestellte jährliche Dauer der Abflußmengen gezeigt. Für die Alptalgebiete dürften ähnliche Verhältnisse vorliegen.

l/sec-km²

100 50

10 5

0

'\ '

^{... .... ~}

...

""'c.._

r-...

P,.., 1--..

r-,o...

r---..~

~

"V

100 200

vorhanden oder überschritten

300

Tage

Abbildung 3

Die jährliche Dauer der Abflußmengen des Großbaches bei Groß im Mittel der Jahre 1961-1967 (Hydrographisches Jahrbuch der Schweiz, 1968).

Da sich die Versuchsgebiete in einer Höhe über 1000 m ü. M. befinden, sind sowohl Wasser- wie Lufttemperaturen erwartungsgemäß niedrig. In Einsiedeln wurde eine langjährige (1931-1960) Jahresmitteltemperatur von 6,7 °C gemessen (SCHÜEPP 1961). In den Jahren 1967 und 1968 waren es bei der Meßstelle des Vogelwaldbaches III dagegen nur 4,3 und 4,5 °C. Dort sind die Monatsmittel Dezember bis März durchwegs unter dem Gefrierpunkt; die höchsten Monatswerte liegen bei 13,7 und 12,4 °C für Juli 1967, bzw. Juli 1968. Die Meßstelle der Lufttemperatur am Vogel- waldbach III liegt 5 m vom Bachgerinne entfernt, 1,50 m über Boden. Das Gerinne ist V-förmig etwa 60 m eingeschnitten. Die Monatsmittelwerte der dort seit Februar 1967 kontinuierlich gemessenen Wasser- und Lufttemperaturen sind in Tabelle 4 zusammen- gefaßt. Die Beziehungen zwischen Luft- und Wassertemperatur wird am besten anhand der Abbildung 4 erläutert. Während 6 Monaten (November bis April) liegt die Wassertemperatur im Monatsmittel durchwegs über der Lufttemperatur. Nur während der Sommermonate Mai bis Oktober ist das Wasser kühler als die Luft. Die Erwär- mung der Luft in der ersten Jahreshälfte schreitet schneller voran als die des Wassers.

Die Abkühlung von August bis Dezember geht dagegen fast gleich schnell vor sich.

Wassertemperatur

oc

12 10 8 6 4

2

^Jan.

~

_g:::: ....

Oez.

0 -4 -2

/

~ März

0

Okt.

/

/

/

/

/

/

/

_,,.,,,,.. ^{,,,,.,... Mai}

Nov.

V _L.----' ~ _April

2 4

6

Lufttemperatur

Abbildung 4

Juli P Au]i'

l-7

/ II'

/ J

Sept.

/

^{j /}

/

^/4ni

/ /

/ /

8 10 12 oc

Die mittleren Monatstemperaturen von Wasser und Luft an der Meßstelle Vogelwaldbach III in den Jahren 1967/1968.

Die Monatsmitteltemperaturen für Luft nnd Wasser der Jahre 1967 und 1968 an der Meßstelle Vogelwaldbach III Tabelle 4

Wasser °C Luft °C

Monat

1967

I

^{1968 I Mittel 1967}

I

¹⁹⁶⁸

I

^Mittel

Januar 0,5* 0,8 0,6 -3,3 -3,6 -3,5

Februar 1,0* 1,7 1,4 -1,5 -1,5 -1,5

März 1,8 1,7 1,7 -0,2 -0,7 -0,5

April 2,1 2,6 2,4 1,3 2,7 2,0

Mai 3,5 4,7 4,1 5,6 6,8 6,0

Juni 7,9 8,7 8,3 9,1 11,2 10,2

Juli 12,8 11,6 12,2 13,7 12,4 13,1

August 12,0 10,4 11,2 12,2 11,2 11,7

September 9,1 8,8 9,0 8,9 9,1 9,0

Oktober 7,5 6,9 7,2 7,3 7,4 7,3

November 3,0 2,9 3,0 2,1 1,7 1,9

Dezember 0,8 0,3 0,5 --4,1 -2,8 -3,5

Mittel 5,2 5,1 5,2 4,3 4,5 4,4

* geschätzt, da noch keine Messungen vorhanden

Zur weiteren Charakterisierung des Lokalklimas mag die mittlere Zahl der Frost- und Sommertage dienen, wie sie in Einsiedeln und Oberiberg an den Wetterstationen der Meteorologischen Zentralanstalt in Zürich beobachtet wurden. Als Frosttag gilt ein Tag, dessen Temperatur-Minimum unter O °C liegt; an Sommertagen muß das Tem- peratur-Maximum mindestens 25 °C betragen (SCHÜEPP 1968). So finden wir von

1931-1960 in Einsiedeln im Durchschnitt 119 Frost- und 9 Sommertage, in Oberiberg sind es 154 Frost- und 16 Sommertage. Für die Alptalgebiete dürften aus topogra- phischen Gründen die Angaben von Oberiberg zutreffender sein.

23 Vegetation und Boden, Bewirtschaftung

Alle Untersuchungsgebiete sind stark bewaldet. Der Wald ist die beherrschende Vegetationsform in den steilen Einhängen der meist tief eingeschnittenen Bachsohlen.

Es ist ein subalpiner Fichtenwald (Picea excelsa [Lam.] Link) mit häufig beige- mischten Tannen (Abies alba Miller) in Schattenlagen und etwas Buchen unterhalb 1200 m ü. M. Sein Vorrat variiert zwischen 300 und 400 m³/ha. Die meisten Waldun- gen sind noch sehr ungenügend erschlossen; eine intensive Bewirtschaftung ist deshalb nur beschränkt möglich. Dieser Wald stockt auf schweren, tonreichen, stellenweise pod- solierten Braunerden, welche an steilen Hängen tiefgründig und relativ gut durchlässig sind. Auf flacheren und höher gelegenen Partien dagegen zeigt sich unter relativ mächtigen Humushorizonten häufig Grundwasserstau während des ganzen Jahres, ein

Zeichen stark gehemmter Durchlässigkeit des Mineralerdehorizontes und somit physio- logischer Flachgründigkeit. Nahe den Bergkämmen ist noch auf großen Flächen die Waldweide anzutreffen.

Im Nichtwaldgebiet oder Grünland können vor allem 2 Arten der Vegetationsdecke ausgeschieden werden: Weiden und Sumpfwiesen. Die Weiden liegen entweder nahe der Talsohle bei den Bauernhöfen und werden nur im Frühsommer und Spätherbst bestoßen, oder sie liegen als Alpweiden in flacheren Partien um die Bergkämme. Dort werden sie während 3-4 Monaten im Sommer beweidet. Die Bewirtschaftung variiert von jährlich zweimaliger Düngung und intensiver Bestoßung bis zur fast vollständigen Vernachlässigung und nur gelegentlichen Sommerweide. Die Weideflächen sind durch den Tritt oberflächlich verdichtet und zeigen die für die Flyschweiden typischen hori- zontalen Viehpfade, kleine eingetiefte Bachgräben in Fallrichtung und kleinflächige Sackungen.

Sumpfwiesen und Hangmoore befinden sich überall dort auf flacheren Partien, wo sich natürlicherweise kein Wald einstellt und eine Beweidung aus ökologischen Grün- den nicht möglich war. Sie dienen heute teilweise noch der Streuenutzung oder sind bereits gänzlich verlassen worden. Diese Flächen weisen Böden mit mächtigem Humushorizont und ganzjährig nahe der Oberfläche stehendem Wasserspiegel auf.

Die Rohhumusauflage kann bis zu einem Meter Mächtigkeit betragen, die darunter- liegenden Mineralhorizonte sind meist graublau gefärbt und zeugen von permanenter Wassersättigung.

Im ganzen 155 ha großen Einzugsgebiet des Vogelwaldbaches III sind anhand farbiger Luftphotos vom August 1967 6Vegetationseinheiten gebildet worden, wobei Farbe und Struktur auf dem Luftbild die Unterscheidungsmerkmale bildeten:

1. Wald mit gutem Kronenschluß, auf dem Luftbild keine Bodensicht.

2. Lichter Wald mit schlechtem Kronenschluß und guter Bodensicht sowie Grünland:

dunkelgrün-braunrote Farbtöne, feine Struktur.

3. Grünland, nur einzelne Bäume: dunkelgrün-blaue Farbtöne. Aderige Struktur.

4. Lichter Wald, gute Bodensicht: saftig hellgrüne Farbtöne. Selten flächig.

5. Grünland (Weide): grüne - hellbraune Farbtöne. Deutliche Viehpfadstruktur.

6. Grünland (Weide): meist saftig grüne Farbtöne. Deutliche Viehpfadstruktur.

Im Oktober 1968 ist dann diese Stratif_izierung mit 93 in den gebildeten Einheiten zufällig verteilten Stichproben terrestrisch im Hinblick auf die entsprechenden Boden- verhältnisse überprüft worden. Tabelle 5 zeigt die Mittelwerte und Streuungen der wichtigsten Meßdaten samt Flächenanteil im Einzugsgebiet III für alle 6 Typen. Dar- aus geht deutlich hervor, daß sich die durch farbige Luftphotos ausgeschiedenen Einheiten in den Bodeneigenschaften unterscheiden lassen. So bestehen statistisch gesicherte (> 99

% )

Unterschiede bezüglich des Ao-, Ar Horizontes, pH-Wert und Neigung (siehe F-Werte). Beim A0-Horizont handelt es sich hier um einen reinen Humushorizont, während der Ai-Horizont im Humus mit der Fühlprobe deutlich spür- bare Mineralerde enthält.

Einige Bodenfaktoren der mit Farbluftphotos gebildeten Einheiten im Vogelwaldbach I und III

Einheit

1

I

²

I

³

I

⁴

I

⁵

I

⁶

Bodenfaktoren:

Mächtigkeit Ao cm x 3,86 43,71 2,76 2,13 0,45

-

t.

s .,

^{2,29 18,80 2,68 1,51 0,46}

-

Mächtigkeit A1 cm x 9,95 5,35 37,24 14,94 7,91 15,64

t .

s .,

^2,87 3,21 13,35 5,24 2,52 5,40

pH des A-Horizontes

x

4,87 4,74 6,25 5,79 5,27 5,97

t .

s -.,

0,30 0,42 0,24 0,45 0,38 0,27

Tiefster Grundwasser-

stand in cm Tiefe¹

x

- 39,1 30,5

- - -

Neigung, 0/o

x

40,48 18,76 27,41 54,44 39,36 42,36 t.

s .,

^{7,56 6,27 6,37 6,72 7,02 5,80}

Flächenanteile:

Vogelwaldbach I ha 25,4 7,9 19,0 15,1 5,0

-

O/o 35,1 10,9 26,2 20,9 6,9

-

Vogelwaldbach III ha 74,6 9,8 28,7 23,4 7,3 11,0

o/o 48,0 6,5 18,5 15,0 5,0 7,0

1 beobachtet im Oktober 1968, entspricht vermutlich dem tiefsten Stand des Jahres

Tabelle 5

I

F-Wert beobachtet

19,7

13,3

14,1

-

15,1

Die gleiche Typenausscheidung auf den Farbluftbildern wurde auch für die übrigen 3 Einzugsgebiete gemacht. Jene Flächenanteile der einzelnen Einheiten sind in Tabelle 6 angegeben, müssen aber für Interpretationszwecke mit Vorsicht verwendet werden, da sie noch nicht terrestrisch überprüft worden sind.

Die Anteile der mit Farbluftphotos gebildeten Einheiten in den Einzugsgebieten V, VII und VIII

Einheit Einzugsgebiet

I

¹

^I

²

^I

³

^I

⁴

^I

Frifang V ha 25,6

-

^{21,9 15,1}

% 23,7

-

^{20,3 14,0}

Gämschbach VII ha 39,6 - 2,0 8,8

% 75,8

-

^{3,8 16,8}

Etterenbach VIII ha 56,2 6,1 31,2

-

,% _{60,l 6,5 33,4}

-

Tabelle 6

5

I

⁶

6,5 38,5 6,0 36,0

0,8 1,1

1,5 2,1

-

^-

- ^-

Zur Charakterisierung der Bodennutzung können die Einheiten 1 und 4 als Wald, 2 und 3 als Sumpfwiesen und Hangmoore und 5 und 6 als Weiden bezeichnet werden.

24 Geologie

Geologie und Hydrologie der Untersuchungsgebiete können auf Grund der Arbeiten von FREI (1963), HANTKE (1967) und JÄCKLI (1967) in ihren wesentlichen Zügen beurteilt werden. Danach handelt es sich beim Muttergestein durchwegs um Formationen des alttertiären Wägitaler Flysches (HANTKE et al. 1967). Oberflächlich sind sehr häufig Rutschungen zu beobachten. Die Schichtung ist sehr unregelmäßig mit häufigem Wechsel zwischen Mergel- und Tonschiefern einerseits sowie Kalk- und Kalksandstein andererseits. Die letzteren haben eine Mächtigkeit von Dezimetern bis Metern, während die Mergel- und Tonschieferbänke Zentimeter bis Dezimeter-Mächtig- keiten aufweisen (FREI 1963). Obwohl der Volumenanteil dieser Schiefer lange nicht die Hälfte erreicht, sind sie maßgebend für die Durchlässigkeit des geologischen Unter- grundes. JÄCKLI (1967) taxiert den geologischen Untergrund aller unserer Unter- suchungsgebiete als sehr gering durchlässig. Nur auf gelegentlichen Moränenresten können uneinheitliche Durchlässigkeiten auftreten (lehmige Kiese).

3 Untersuchungsmethoden

Durch regelmäßig wiederkehrende momentane Beobachtungen während der Jahre 1967 und 1968 wurde versucht, einen Einblick zu erhalten in die Streuung der Meß- werte der chemischen Analysen. Zu deren Untersuchung wurden Varianzanalyse und Mehrfachregression verwendet.

Seit April 1967 konnten mit sehr wenigen Ausnahmen wöchentliche Beobachtungen an den Meßstellen der Untersuchungsgebiete gemacht werden. Eine solche Erhebung bestand aus der Bestimmung der Abflußmenge, der Wasser- und der Lufttemperatur sowie aus Probenahmen für die chemischen Wasseranalysen. In zuvorkommender Weise hat sich der Direktor der Eidgenössischen Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz (EA W AG) in Zürich bereit erklärt, diese chemischen Untersuchungen zu übernehmen. 1967 wurden an den Meßstellen I, III, V und VII insgesamt 153 Abflußmessungen und die entsprechenden chemischen Analysen gemacht. 1968 waren es an den Meßstellen I, III, V, VII und VIII total 222 Messun- gen.

Zur Beobachtung des zeitlichen Ablaufes einzelner Wettereinwirkungen sowie zur Bilanzbildung über längere Perioden wurde an der Meßstelle III eine Registrieranlage eingerichtet. Sie erfaßt seit Februar 1967 kontinuierlich die Wasser- und die Lufttem- peratur, ab Oktober desselben Jahres die elektrische Leitfähigkeit und den pH-Wert des Wassers und seit August 1968 die Abflußmengen. Leider mußten wegen Schnee- und Hochwasserschäden einige Unterbrüche in Kauf genommen werden.

31 Abflußmessung

Die Bestimmung der momentanen Abflußmengen aller Bäche wurde ausschließlich mit der Salzverdünnungsmethode durchgeführt (DODERO 1953, DUMAS 1952, 1953, BRITISH ~TANDARDS 1964, COBB and BAILEY 1965). Mit einer im Ruck- sack tragbaren Ausrüstung konnte an allen - auch den entferntesten Meßstellen - gemessen werden. Diese Art der Abflußbestimmung in steilen Gebirgsbächen hat sich bewährt.

Die seit August 1968 in Betrieb stehende Abflußstation an der Meßstelle III ist mit geradem Kanal und rechteckigem Überfall ausgerüstet, wobei die Sohle am Überfall zur genaueren Niederwasserbestimmung einseitig 5

%

geneigt ist. Die Beziehung zwi- schen Pegelstand und Abfluß wurde ebenfalls mit der Salzverdünnungsmethode ermit- telt.

32 Chemische Wasseranalysen

Die chemischen Analysen der bei jeder Abflußmessung entnommenen Wasserprobe- nahmen umfaßten pH, elektrische Leitfähigkeit (20 °C), Gesamthärte, Karbonathärte,

4 Der Wasserchemismus und seine Veränderlichkeit

Einschränkend und unter Weglassung der biologischen Wasserfaktoren sowie der suspendierten Stoffe sei im folgenden der Wasserchemimus mit den in Kapitel 32 beschriebenen Komponenten, meist also mit der Konzentration gelöster Stoffe, charak- terisiert. Die Veränderlichkeit dieser Komponenten ist zum Teil durch Zufälligkeiten bestimmt, zum Teil aber auch durch die Umwelt bedingt. Diese läßt sich in den Fak- toren der Geologie, Topographie, Vegetation und des Bodens, der Art der Bewirtschaf- tung, der Wetterbedingungen und der Zeit beschreiben. Die ersten 4 Faktorengruppen sind gebietsspezifisch. Zu deren Beurteilung auf statistischer Basis wären Beobach- tungen aus mehr als den nur 5 Gebieten erforderlich, über die hier berichtet wird. Es kann sich also in der Hauptsache hier nur darum handeln, die Veränderlichkeit als Folge der Wetterbedingungen und der Zeit zu untersuchen.

41 Der durchschnittliche Wasserchemismus

Am Beispiel des Vogelwaldbaches III sind für die Jahre 1964-1968 in Tabelle 7 die Durchschnittswerte der chemischen Analysenergebnisse zusammengefaßt. Für

Die mittleren jährlichen Ergebnisse der chemischen Analysen 1964-1968 im Vogelwaldbach III, Alptal

(n = Anzahl Probenahmen, x = Mittelwert, s = Standardabweichung} Tabelle 7

1964 1965 1966 1967

, ~

nl

^x 1 s

nl

^x 1 s

nl

^x 1 s

nl

^x 1 s s

pH

-

^{20 8,10 0,44 11} 7,96 0,20 49 7,99 0,29 55 8,13 0,24 el. Leitf.

µmhos/cm -

-

11 157,0 36,6 49 171,0 54,7 55 181,0 47,0

Gesamtbärte

frz. H⁰ 19 9,6 2,4 21 9,9 2,2 11 9,2 2,2 49 9,3 2,9 55 9,9 2,6 CO3 mg/l 19 53,4 14,5 21 54,2 12,7 11 51,3 12,6 49 51,9 16,8 55 55,1 15,1 Ca mg/l 19 34,6 8,8 21 36,1 7,4 11 33,8 8,2 49 33,8 11,0 55 36,2 9,5 Mg mg/l 19 2,3 1,1 21 2,2 1,1 11 1,6 0,8 49 2,2 1,1 55 2,2 0,8 freie C02 mg/l

-

20 0,12 0,30 11 0,62 0,56 49 0,64 0,90 55 0,49 0,96

SO4 mg/l

- - -

40 4,96 3,78 24 5,68 3,74

Cl mg/l -

- -

49 0,75 0,35 24 0,44 0,16

SiO2 mg/l

- - ^-

⁴⁷ 2,90 0,47 55 2,92 0,63

NO2 µgN/l 19 0,8 2,0 21 0,2 0,6 11 0,5 0,6 49 1,2 0,7 55 1,1 0,4 NO3 mgN/l 19 0,19 0,09 21 0,16 0,02 11 0,12 0,04 49 0,14 0,06 55 0,16 0,06 NH4 mgN/l 19 0,10 0,12 21 0,06 0,12 11 0,07 0,06 49 0,05 0,03 55 0,05 0,07 Oxydierbarkeit

(KMnO4 mg/l) 19 9,7 5,8 21 8,5 4,4 11 11,7 6,1 48 11,5 6,1 55 11,5 9,5

Na mg/l

- - ^-

⁴⁹ 1,38 0,69 49 1,55 0,78

K mg/l

- - -

⁴⁸ 0,41 0,20 48 0,59 0,27

1

Die mittleren jährlichen Ergebnisse der chemischen Analysen der Jahre 1967 und 1968

Tabelle 8 in den Untersuchungsgebieten des Alptals

1967 1968

Einzugsgebiet Einzugsgebiet

I' 1 III ₁ V

1 VII I'

1 III ₁ V 1 VII ₁ VIII

pH 8,1 8,0 8,1 8,1 8,2 8,1 8,1 8,0 8,0

el. Leitf. µmhos/cm 186 171 238 262 168 181 24,5 264 190 Gesamthärte frz. H⁰ 10,0 9,4 13,3 14,7 9,3 9,9 13,6 14,8 10,2 CO3 mg/1 55,9 52,0 73,6 80,7 51,9 55,2 77,7 82,5 57,2 Ca mg/1 36,7 33,8 47,9 53,1 33,8 36,2 50,7 53,8 37,0

Mg mg/1 2,1 2,2 3,3 3,5 2,1 2,2 2,7 3,5 2,4

freie C02 mg/1 0,4, 0,6 0,5 0,5 0,4 0,5 0,5 0,9 0,8

SO4 mg/1² 5,7 5,0 7,2 10,3

-

^{5,7 6,9 10,4 -}

Cl mg/1² 0,7 0,7 0,8 0,7

-

^{0,4 0,5 0,5}

-

SiO2 mg/1 3,1 2,9 3,2 3,3 3,1 2,9 3,2 3,2 3,0

NO2 µg N/1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

NO3 mgN/1 0,15 0,14 0,21 0,19 0,16 0,16 0,23 0,21 0,14 NH4 mgN/1 0,04 0,05 0,04 0,03 0,06 0,05 0,02 0,02 0,05 Oxydierbarkeit

(KMnO4 mg/1) 11,1 11,5 9,4 6,5 13,2 11,5 7,0 6,2 12,5

Na mg/1 1,9 1,4 1,8 2,2 1,7 1,5 1,9 2,3 2,4

K mg/1 0,5 0,4 0,6 0,6 0,7 0,6 0,8 1,0 0,7

1 keine Wintermessungen ² nur wenige Bestimmungen 1968 in I und VIII

1964-1966 basieren sie auf wenig Probenahmen und sind wohl kaum in der Lage, jene Jahre repräsentativ zu erfassen. Die fast durchwegs wöchentlichen Analysen der Jahre 1967 und 1968 dagegen erlauben wegen ihrer relativ großen Probenzahl sicherere Aussagen. Für Vergleiche zwischen den Jahren müssen deshalb 1964-1966 außer Betracht fallen. Hingegen zeigt sich schon hier, wie später noch statistisch nach- gewiesen wird, daß die Jahre 1967 und 1968 in bezug auf die chemische Zusammen- setzung des Wassers einander sehr ähnlich sind. Die Mittelwerte der chemischen Ana- lyseergebnisse für alle 5 Untersuchungsgebiete sind für die Jahre der intensiven Pro- benahme 1967 und 1968 in Tabelle 8 angegeben.

Einige Stoffkonzentrationen zeigen bedeutende Unterschiede von Bach zu Bach.

Es liegt deshalb nahe, über deren Ursache Vermutungen anzustellen. Daß I und III ähnlich ausfallen, ist zu erwarten, da I ein Teilgebiet von III ist. Weshalb VIII wieder- um ähnliche Werte, V und VII dagegen meist höhere Mineralstoffkonzentrationen aufweisen, ist nicht leicht zu erklären.

In Tabelle 9 ist die mineralische Zusammensetzung der 5 Bachwässer anhand der gemessenen Gesamt-Ionenkonzentration dargestellt. Die darin angegebenen prozen- tualen Anteile der Anionen und Kationen zeigen aber, daß alle 5 Bäche eine vergleich- bare mineralische Zusammensetzung aufweisen. Vorausgesetzt, daß Niederschlags- wasser von vergleichbarem Chemismus auf die Einzugsgebiete niederfällt, darf daraus

Die gemessene Gesamt-Ionenkonzentration in den 5 Untersuchungsbächen

für die Jahre 1967 und 1968 (prozentuale Anteile) Tabelle 9

1967 1968

Einzugsgebiet Einzugsgebiet Mittel

r• ₁ III ₁ V

1 VII r• ₁ III ₁ V

1 VII 1 VIII

Anionen

CO3 % 93,1 93,2 93,4 92,0 92,9 93,3 94,1 92,1 93,5 93,1

SO4 % 5,9 5,6 5,7 7,2 6,3 6,0 5,2 7,3 5,9 6,1

Cl % 0,9 1,1 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,7

NO3 % 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

- - - -- -- - - - Total mval/1 1,999 1,856 2,633 2,926 1,862 1,973 2,752 2,985 2,042 2,340

% 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

Kationen

Ca % 87,5 86,9 86,7 87,0 86,5 87,3 88,7 87,2 85,2 87,0

Mg % 8,1 9,5 10,0 9,4 8,8 8,8 7,7 8,8 9,1 8,9

Na % 3,9 3,1 2,8 3,1 3,8 3,2 2,9 3,2 4,8 3,4 K % 0,5 0,5 0,5 0,5 0,9 0,7 0,7 0,8 0,9 0,7

- - -- - - -^{- - -}- -- - -^{- - -}- - - - Total mval/1 2,094 1,945 2,757 3,045 1,942 2,075 2,853 3,077 2,165 2,439

% ¹⁰⁰ 100 100 100 100 100 100 100 100 100

* keine Wintermessungen

geschlossen werden, daß die Gesamtheit der von Wasser durchsickerten Horizonte des Bodens und des Untergrundes bezüglich ihrer mineralischen Zusammensetzung und Löslichkeit in den 5 Gebieten keine entscheidenden Unterschiede aufweisen. Es wird deshalb vermutet, daß die Ursachen allfälliger Unterschiede zwischen den Bachgebieten anderswo zu suchen sind.

Der beobachtete überwiegende Anteil an Calcium (Ca) und Karbonat (C03) in der gemessenen Gesamt-Ionenkonzentration aller Bäche soll Anlaß sein, etwas verall- gemeinernde Feststellungen zu machen, die für alle untersuchten Bäche Gültigkeit haben dürften: Bei konstantem relativem Anteil der einzelnen Ionen wird die Leit- fähigkeit direkt. ein Maß für die Konzentration dieser Ionen. So variiert die Ca-Kon- zentration, die einer Leitfähigkeit (20 °C) von 1 µmho/cm entspricht, zwischen 0,197 und 0,207 mg/1 Ca im Jahresmittel der Jahre 1967 und 1968 aller 5 Bäche. Entspre- chend ist die Leitfähigkeit auch ein Maß für das Karbonat, dessen Konzentration zwischen 0,300 und 0,315 mg/1 C03 pro µmho/cm Leitfähigkeit variiert. Für Ca ent- sprechen diese Werte etwa den von GEORGII (1965) erwähnten Konzentrationen, für C03 sind sie etwa 25

%

höher. In CaC03 ist das Gewichtsverhältnis Ca : C03 = 40,0 zu 60,0 = 0,667. In den untersuchten Wässern variiert dieses im Jahresmittel zwischen 0,647 und 0,657, ein Beweis, daß Ca zum größten Teil im Verhältnis des CaCÜ3 gelöst wird. Für die übrigen Ionen sind die Konzentrationen zu niedrig, als daß die Leitfähigkeit als Maß ihres Vorhandenseins gelten dürfte.

42 Der Einfluß der Wassermenge auf den Wasserchemismus

Die Veränderlichkeit der Stoffkonzentrationen mit der Abflußmenge ist aus nahe- liegenden Gründen zuerst untersucht worden. Während bei Niedrigwasser nur tief- gesickertes Wasser abfließt, gelangt bei Mittel- und Hochwasser auch Wasser in das Gerinne, welches oberflächlich oder mindestens nahe der Oberfläche des Bodens abfließt. Da das Niederwasser in seinem Chemismus sich sicher unterscheidet von dem eines Hochwassers, ist anzunehmen, daß eine Beziehung zwischen Abflußmenge und dem Chemismus des Wassers besteht.

Für die elektrische Leitfähigkeit, Gesamthärte sowie die Konzentrationen von Ca, CO:i, Sulfat (SO,1), Nitrat (NO3), Natrium (Na) und Oxydierbarkeit ist die Abhän- gigkeit in der Form

c=a+b·lnQ (1)

berechnet worden, wobei c die Stoffkonzentration in mg/1 und ln Q der natürliche Logarithmus der spezifischen Abflußmenge in 1/sec · km² ist; a ist Regressionskon- stante und b Regressionskoeffizient. Diese Werte sowie die der Standardabweichung s ohne und mit Regressionsrechnung, deren Bestimmtheitsmaß r² ist, sind in Tabellen 10 und 11 zusammengefaßt. Anfänglich sind diese Regressionsrechnungen getrennt für die Jahre 1967 und 1968 durchgeführt worden. Die statistische Untersuchung (Kova- rianzanalyse) hat dann aber gezeigt, daß mit den vorhandenen Stichproben der Unter- schied zwischen den Regressionen der beiden Jahre auf dem 5-%-Level nicht signifikant war. Die Konstante a und der Koeffizient b sind deshalb für die beiden Jahre zusammen berechnet worden. Alle in Tabelle 10 angegebenen Stoffkon- zentrationen, wie elektrische Leitfähigkeit, Gesamthärte, Ca, CO3, SO4, Na und schwach signifikant auch NO3 zeigen eine mehr oder weniger deutliche Abnahme mit zunehmendem Abfluß (negatives b). Die Stoffkonzentrationen sind am höchsten bei Niederwasser, am niedrigsten bei Hochwasser (siehe auch Abbildungen 5 und 6).

Es wird deshalb vermutet, daß diese Stoffe vor allem im tiefgesickerten Grund- und Quellwasser, welche ins Bachgerinne gelangen, angereichert sind. Bei Hochwasser tritt dann eine Verdünnung durch oberflächlich oder oberflächennah abfließendes Meteorwasser ein. In meerfernen Gebieten sind die Konzentrationen von Ca, S, Na und NO3 im Niederschlagswasser relativ klein und betragen nach RIEHM (1961) für Mit- teleuropa etwa 1,0 mg Ca/1, 1,0 mg S/1, 0,2 mg Na/1, 0,2 mg NO3 - N/1 und 0,2 mg NH3 - N/1. Im Alptal, mit relativ viel Niederschlägen und fern von Industrie, dürften diese Konzentrationen nicht ganz erreicht werden. Die eigenen Regenwasserunter- suchungen vom 18.5.1967 bis 21.2.1968 mit total 1597 mm Niederschlag haben folgende mittlere Konzentrationen ergeben:

Nitrat 0,15 mg N/1

Ammoniak 0,39 mg N/1

elektrische Leitfähigkeit 14,73 µmhos/cm

pH 5,4

Die Abhängigkeit (nach Gleichung 1) von Oxydierbarkeit und Ammoniakgehalt von der spezifischen Abflußmenge in den fiinf untersuchten Bächen im Alptal

Tabelle 11 (a, b, s, r^2, n wie in Tabelle 10)

1 Gebiet

1 a

1

Ln Oxydicr- I 1,321 barkeit¹ III 1,146 mg KMnO4/I

V 0,618

VII 0,539

VIII2 1,638

NH4 I -0,034

mgN/1 III -0,028

V -0,021

VII -0,002

1 natürlicher Logarithmus der Oxydierbarkcit

2 nur Daten 1968 verfügbar

b

1 ohne Regr.

5

0,330 0,517 0,321 0,518 0,381 0,535 0,363 0,487 0,232 0,485 0,028 0,061 0,022 0,055 0,015 0,032 0,007 0,017

1

,,

1 1 mit Regr.

0,330 0,600 0,319 0,625 0,341 0,598 0,305 0,612 0,362 0,460 0,051 0,312 0,048 0,251 0,028 0,241 0,016 0,199

n

58 103 87 86 34 59 104 88 87

Nicht alle Stoffe unterliegen einer Verdünnung bei Hochwasser. So sind es vor allem Oxydierbarkeit und Ammoniakkonzentration (NH.1), die in ihrer Abflußabhän- gigkeit eine positive Korrelation (positives b) zeigen, also mit steigendem Abfluß zunehmen. Diese Regressionsergebnisse sind in Tabelle 11 zusammengestellt.

Die Oxydierbarkeit zeigt eine deutliche Abflußabhängigkeit. Da mit ansteigender Abflußmenge der Anteil an nahe der Oberfläche abfließendem Wasser zunimmt, wird die Konzentration nicht oxydierter, meist organischer Stoffe, wofür die Oxydierbar- keit ein Maß ist, erhöht. Ammoniak dagegen scheint nur schwach abflußabhängig zu sein. Die Konzentrationen sind mit Ausnahme weniger Hochwasser sehr niedrig (Jahresmittel 0,02 bis 0,06 mg N/1). Am deutlichsten erscheint die Beziehung im Gebiet I, wo der Anteil an versumpften Flächen am größten ist (37

%,

siehe Kapi- tel 23) . Dort ist also die oberflächliche Auswaschung von NH4, welches in Moorgebie-

ten in höheren Konzentrationen vorhanden ist, am größten.

Bei allen übrigen der Analyse unterzogenen Stoffen konnte kein statistisch gesicher- ter Einfluß der Abflußmenge festgestellt werden. Die Standardabweichung (s) der

Magnesium (Mg)-Konzentrationen beträgt ohne jegliche Regressionsrechnung 1967 im Gebiet III z.B. nur 1,1 mg/1 (Tabelle 7), ist also kleiner als die mit Regression erreichte Standardabweichung der Ca-Konzentrationen (3,2 mg/1, Tabelle 10). Ähn- lich verhält es sich mit Kalium (K), welches 1967 im Gebiet III mit einer Standard- abweichung von 0,2 mg/1 (Tabelle 7) eine kleinere Streuung aufweist als das eine signifikante Abflußabhängigkeit zeigende Na (Tabelle 10). Die Konzentrationen von Nitrit (N02) sind sehr niedrig und liegen an der unteren Grenze der Nachweisbarkeit.

Silikat (Si02)-Konzentrationen sind ziemlich konstant und weisen eine Standard- abweichung von nur einem halben mg/1 auf. Eine Abflußabhängigkeit ist nicht ersieht-